Zou, X., Xie, T., Xu, J., Bai, H., Wang, D., Ke, X., Zhao, W., & Lv, M. (2026). เปิดเผยจลนพลศาสตร์การเร่งปฏิกิริยาตนเองในการเกิดพอลิแอดดิชันแบบสายสั้นของ Poly(amic acid) โดยใช้เครื่อง in situ FTIR. Industrial & Engineering Chemistry Research, 65(10), 5452–5459. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6c00046
การเกิดพอลิแอดดิชันของไดเอมีนอะโรมาติกและไดแอนไฮไดรด์ (PAA) มีสองช่วง ได้แก่ ช่วงการเกิดสายสั้นอย่างรวดเร็ว (ช่วงที่ 1) และช่วงการเติบโตของสายโซ่ที่ช้าตามมา (ช่วงที่ 2) งานศึกษาจลนพลศาสตร์เกือบทั้งหมดจนถึงปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่จลนพลศาสตร์ของช่วงที่ 2 โดยใช้เทคนิคหลากหลาย แม้ว่าวิธีเหล่านี้จะมีประสิทธิภาพกับโมโนเมอร์ที่มีปฏิกิริยาต่ำ แต่ไม่สามารถจับช่วงที่ 1 ซึ่งมีคายความร้อนสูงมากของโมโนเมอร์ที่มีปฏิกิริยาสูงได้ ส่งผลให้การจำลองเบี่ยงเบน 20−30% ในช่วงไม่กี่นาทีแรกของปฏิกิริยา บั่นทอนการควบคุมกระบวนการ ความน่าเชื่อถือในการขยายเครื่องชั่ง และความปลอดภัย ดังนั้น การติดตามแบบเรียลไทม์ที่มีข้อมูลหนาแน่นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อจับพฤติกรรมการเร่งปฏิกิริยาตนเองที่คาดว่าเป็นตัวควบคุมช่วงต้นนี้
ในงานนี้ ใช้เครื่อง in situ FTIR เพื่อให้ข้อมูลที่จำเป็นต่อความเข้าใจเชิงลึกยิ่งขึ้นเกี่ยวกับจลนพลศาสตร์ในช่วงเริ่มต้นของการเกิดพอลิแอดดิชันของ poly(amic acid) (PAA) โดยทั่วไปกระบวนการนี้ถือเป็นกระบวนการจลนพลศาสตร์ลำดับที่สอง ซึ่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะแปรผันตามผลคูณของความเข้มข้นของไดเอมีนและไดแอนไฮไดรด์ แบบจำลองทางทฤษฎีบ่งชี้ว่าปฏิกิริยาเหล่านี้แสดงลักษณะการเร่งปฏิกิริยาตนเองอย่างเด่นชัด โดยที่ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาจะเร่งอัตราปฏิกิริยาถัดไป และสารกึ่งกลางเป็นสาเหตุของผลการเร่งปฏิกิริยาตนเองนี้ มีการพัฒนาแบบจำลองจลนพลศาสตร์การเร่งปฏิกิริยาตนเองสำหรับระบบไดเอมีนอะโรมาติก–ไดแอนไฮไดรด์ที่มีปฏิกิริยาสูง ซึ่งครอบคลุมสมมติฐานกลไก การอนุพันธ์สมการอัตรา การฟิตข้อมูล และการวิเคราะห์อุณหพลศาสตร์ แบบจำลองนี้ช่วยให้เข้าใจว่าปัจจัยต่าง ๆ เช่น อุณหภูมิและโครงสร้างของโมโนเมอร์ควบคุมระดับการเกิดการเร่งปฏิกิริยาตนเองอย่างไร ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าการเกิดพอลิแอดดิชันแบบสายสั้นเป็นไปตามแบบจำลองจลนพลศาสตร์การเร่งปฏิกิริยาตนเองแบบไม่ผันกลับลำดับที่สอง โดยมีตัวขับเคลื่อนหลักคือการเร่งด้วยโปรตอนจากหมู่ –COOH ที่เพิ่งเกิดขึ้น อุณหภูมิและความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนของโมโนเมอร์ร่วมกันปรับระดับการเร่งปฏิกิริยาตนเอง โดย BTDA แสดงการเร่งที่แรงที่สุด และ s-BPDA อ่อนที่สุด
“เราใช้ in situ FTIR spectroscopy เพื่อศึกษาปริมาณเชิงกลไกของการเกิดพอลิแอดดิชันในระยะแรกของ 4,4′-diaminodiphenylmethane (MDA) กับไดแอนไฮไดรด์สามชนิด ได้แก่ 3,3′,4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA), 3,3′,4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (s-BPDA), และ 2,3,3′,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (a-BPDA) แถบลักษณะเฉพาะที่แยกเดี่ยวของ MDA ที่ 818 cm–1 สามารถใช้เป็นโพรบที่มีประสิทธิภาพสำหรับติดตามการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้น MDA อย่างเชิงปริมาณ การวิเคราะห์จลนพลศาสตร์ของความเข้มของแถบที่ถูกทำให้เป็นมาตรฐาน (A-818 cm–1, T-818 cm–1, และ S-818 cm–1) แสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาดำเนินไปตามจลนพลศาสตร์การเร่งปฏิกิริยาตนเองแบบไม่ผันกลับลำดับที่สอง แนวทางแบบผสานระหว่าง in situ FTIR และการสร้างแบบจำลองนี้ให้ข้อมูลเชิงปริมาณครั้งแรกเกี่ยวกับการที่ความเป็นอิเล็กโทรฟิลิกของไดแอนไฮไดรด์ โครงสร้างโมเลกุล และอุณหภูมิ ร่วมกันกำกับระดับของการเร่งปฏิกิริยาตนเอง ซึ่งจึงให้แนวทางเชิงทดลองและเชิงทฤษฎีที่สำคัญสำหรับการควบคุมและเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์ PAA อย่างแม่นยำ”